금오공대·KIST 연구팀, 급속 냉간 시동운전 가능한 연료전지 개발

고성능 저온형 고체산화물 연료전지 시스템 개요도와 금오공대 신성수 교수(금오공대 제공) 2023.4.5/뉴스1

(구미=뉴스1) 정우용 기자 = 금오공과대는 5일 기계시스템공학과 신성수 교수 연구팀이 한국과학기술연구원(KIST) 에너지소재연구센터의 김형철 박사 연구팀과 연구를 통해 급속 냉간 시동운전을 구현할 수 있는 이동형 전원용 '고성능 저온형 고체산화물 연료전지 시스템'을 개발했다고 밝혔다.

연료전지는 화석연료를 대체할 수 있는 대표적인 차세대 에너지 변환 시스템으로, 수소에너지를 기반으로 해 이산화탄소 배출이 없는 친환경 기술이다.

특히 700도 이상 고온에서 작동하는 '고체산화물 연료전지(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC)'는 연료전지 중 가장 높은 효율을 가지며, 값비싼 촉매를 사용하지 않아도 된다.

그러나 SOFC는 높은 작동온도와 복잡한 밀봉 시스템이 필요하기 때문에 그동안 '고정형 및 건물형' 발전 시스템으로만 이용돼 왔다.

연구팀은 적외선 할로겐 램프를 열원으로 급속 냉간 시동운전을 구현할 수 있는 '고성능 LT-SOFC 시스템'과 운모 밀봉재 및 디스크 스프링의 집적 스택 기술을 이용해 독립적으로 전력을 생산할 수 있는 '체결형 압축 패키징 기술'을 개발하고 고성능 박막 기반 LT-SOFC에 적용했다.

연구 결과 상온 운전 시작 이후 5분 만에 600도에서 1.124V의 개방회로전압과 1.123Wcm-2 의 성능을 구현하는데 성공했다.

이는 1W 이상의 성능을 5분 이하의 시동시간으로 냉간 사이클링을 구현한 세계 최초 SOFC의 사례이며, 비슷한 성능을 기록한 기존 세라믹 연료전지 연구에 비해 시동 시간을 10% 감소시킨 것이다.

신성수 교수는 "고체산화물 연료전지의 적용 범위를 기존 고정식 발전뿐 아니라 이동형 애플리케이션으로 확장시킬 수 있어 세라믹 연료전지 상용화에 혁신적인 역할을 할 것으로 기대한다"고 말했다.

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